Localização de Defeitos Subsuperficiais por Aquecimento Estruturado usando a Termografia Fototérmica Projetada a Laser

Summary

Este método tem como objetivo a localização de defeitos de subsuperfície verticais. Aqui, acoplamos um laser com um modulador de luz espacial e disparamos a sua entrada de vídeo para aquecer uma superfície de amostra deterministicamente com duas linhas moduladas anti-fase enquanto adquirimos imagens térmicas altamente resolvidas. A posição de defeito é recuperada da avaliação dos mínimos de interferência de ondas térmicas.

Abstract

O método apresentado é utilizado para localizar defeitos subsuperficiais orientados perpendicularmente à superfície. Para conseguir isso, criamos campos de ondas térmicas interferindo destrutivamente que são perturbados pelo defeito. Este efeito é medido e usado para localizar o defeito. Formulamos os campos de ondas interferindo destrutivamente usando um projetor modificado. O motor leve original do projetor é substituído por um laser de diodo de alta potência acoplado à fibra. Seu feixe é moldado e alinhado ao modulador de luz espacial do projetor e otimizado para óptima taxa de transferência óptica e projeção homogênea primeiro caracterizando o perfil do feixe e, em segundo lugar, corrigindo mecanicamente e numericamente. Uma câmara infravermelha (IR) de alto desempenho é configurada de acordo com a situação geométrica apertada (incluindo as correções das distorções de imagem geométricas) ea exigência de detectar oscilações de temperatura fraca na superfície da amostra. A aquisição de dados pode ser realizada uma vezA ronização entre as fontes individuais de campo de ondas térmicas, o estádio de varrimento e a câmara de IV é estabelecida utilizando uma configuração experimental dedicada que precisa ser ajustada ao material específico a ser investigado. Durante o pós-processamento dos dados, é extraída a informação relevante sobre a presença de um defeito abaixo da superfície da amostra. É recuperado da parte oscilante da radiação térmica adquirida proveniente da chamada linha de depleção da superfície da amostra. A localização exata do defeito é deduzida da análise da forma espaço-temporal dessas oscilações em uma etapa final. O método é livre de referência e muito sensível a mudanças dentro do campo de ondas térmicas. Até agora, o método foi testado com amostras de aço, mas também é aplicável a diferentes materiais, em particular a materiais sensíveis à temperatura.

Introduction

O método de termografia fototérmica projetada a laser (LPPT) é usado para localizar defeitos subsuperficiais que estão embutidos no volume da amostra de teste e orientados predominantemente perpendiculares à sua superfície.

O método utiliza a interferência destrutiva de dois campos de onda térmica anti-fase do mesmo alongamento e frequência como mostrado na Figura 1b . Em materiais livres de defeitos isotrópicos, as ondas térmicas neutralizam destrutivamente ( ou seja, oscilações de temperatura zero) no plano de simetria por superposição coerente. No caso de um material com defeito subsuperficial, o método aprove....

Protocol

NOTA: Atenção: Por favor, preste atenção à segurança do laser porque a instalação usa um laser de classe 4. Por favor, use óculos e roupas de proteção corretas. Além disso, lidar com o laser piloto com cuidado.

1. Junte o laser de diodo ao kit de desenvolvimento do projetor (PDK)

1. Prepare o breadboard.
   1. Pré-montar todos os dispositivos para a prancheta como mostrado na Figura 3 . Coloque o breadboard com todos os dispositivos pré-montados em um laboratório de laser.
2. Posicione a montagem de fibra de laser na placa.
   1. Fixe a fibra ao suporte de fibra de laser ( v....

Results

Seguindo o protocolo, o lado 1 da amostra de aço com um defeito sub-superficial a uma profundidade de 0,25 mm foi escolhido para gerar resultados representativos. O defeito foi inicialmente posicionado aproximadamente no centro da área iluminada. A amostra foi então movida de -5 mm para 5 mm através da fase linear a uma velocidade de 0,05 mm / s. Usando estes parâmetros, a Figura 11a mostra os dados de varrimento depois de os extrair da linha de esgotamento. Nesta fase, .......

Discussion

O protocolo apresentado descreve como localizar defeitos artificiais subterrâneos orientados perpendicularmente à superfície. A idéia principal do método é criar campos de ondas térmicas interferentes que interajam com o defeito subterrâneo. Os passos mais importantes são (i) combinar um SLM com um laser de diodo para criar dois padrões de iluminação alternados de alta potência na superfície da amostra; Estes padrões são convertidos fototermicamente em campos de ondas térmicas coerentes, (ii) para deixá-los interferir d.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Sistema de laser de diodo de 500 W, 940 nm	Laserline	LDM 500 - 20	Laser piloto classe 2 @ 650  nm, o laser de diodo é um sistema de laser de classe 4 --> laboratório especial necessário
Caixa de controle de laser	Laserline	Caixa de controle de laser LDM	Adicione ao sistema de laser, usado para alternar eletronicamente, limiar de laser, obturador, laser em 0 V.. Scanner
de caixa de controle	Laserline		Adicione ao sistema de laser, usado para ajustar a potência de saída óptica via sinal analógico de 0 V.. Suporte
2", f = 80 mm	Laserline		Adicione ao sistema de laser
Dispositivo de Aquisição de Dados Multifunções (DAQ) + Terminal BNC	National Instruments	NI-USB 6251	O cartão DAQ é usado para acionar a câmera IR,  o DLP Light Commander 5500, controle Laser e diodo PDA 36A
Standard - PC			PC de controle - placa gráfica para duas telas, pelo menos 4 x USB, cabo
		BNC	Cabo padrão
Cabo			Cabo padrão Cabo
micro USB para USB			Cabo padrão
LabVIEW 2013 SP1 Sistema de desenvolvimento	National Instruments		Ambiente de desenvolvimento para controle de dispositivos
LPPT software de controle	BAM		parte do pacote de software LPPT do LabVIEW 2013 SP1
Software de intensidade LPPT	BAM		parte do pacote de software LPPT do LabVIEW 2013 SP1
Software de controle a laser LPPT	BAM		parte do pacote de software LPPT do LabVIEW 2013 SP1
Matlab 2016b	MathWorks		Pós-processamento dos dados
de mediçãoSoftware de pós-processamento LPPT	BAM		Pós-processamento dos dados de medição
PC de controle de câmera IR	O InfraTec		Control PC é fornecido pelo distribuidor de câmeras
Software de controle de câmera IR	InfraTec	Irbis 3 Professional
InfraTec SDK	InfraTec		Dynamic Link Library como interface entre o formato de aquisição de dados nativo do Infratec e do Matlab
Câmera IR	InfraTec	Image IR 8300	640 x 512, detector InSb refrigerado, comprimento de onda 2  µm.. 5.7 µ m, ruído = 20  mK + acessórios (cabo LAN, cabo de entrada / saída digital, anel de espaço, fonte de alimentação, estojo)
Tripé	Manfrotto	161MK2B
IR montagem da câmera	Manfrotto	405
Kit de desenvolvimento de projetor (PDK) para tecnologia de processamento digital de luz (DLP) (DLP Light Commander 5500)	Logic	PD DLP-LC-DLP5500-10R	DLP5500 Dispositivo Micromirror Digital da Texas Instruments incluído, motor de luz e estojo precisam ser desmontados
Software de controle PDK	Logic PD		Incluído quando entregue, software de controle DLP Light Commander
Plataforma mecânica para o PDK	BAM		Feito por mim mesmo (140 x 230 x 420) mm3
Unidade de controle do medidor de potência	Interface
USB Ophir VegaCabeça do medidor de potência de 30 W	Ophir	30(150)A-LP1-18	Cabeça do medidor de potência para determinar a transmissão do sistema do projetor Cabeça do medidor de
potência de 500 W	Ophir	FL500A	Medidor de potência para supervisão de processo
Controlador de movimento	Newport	ESP301	com interface USB
Estágio de tradução	Newport	M-ILS200CC	Conectado ao ESP301
Fotodiodo com amplificador	Thorlabs	PDA 36A-EC	Montagem de 1"
Filtro reflexivo ND1	Thorlabs	ND10A	para ser montado no PDA 36A
Pinhole 1"	Thorlabs	P1000S	para ser montado no PDA 36A
Placa de ensaio de alumínio óptico	Thorlabs	MB60120/M	(1.200 mm x 900 mm) base
Plano Convexo Lente f = 200 mm	Thorlabs	LA1979-B	Revestido para IR, primeira lente telescópica
Plano Convexo Lente f = 75 mm	Thorlabs	LA1145-B	Revestido para IR, segunda lente telescópica
estágio de translação xy	Newport	M401	Usado para ajustar a telecopa
Beamsampler	Thorlabs	BSF20-B	Divide a saída óptica, usada para reduzir a entrada óptica do sistema do projetor
Espelho	Thorlabs	BB2-E03	Espelho para acoplar o feixe ao DLP Light Commander
Macaco de laboratório pesado	Thorlabs	L490	Usado para a montagem de fibra e no topo do estágio linear para posicionar a amostra (2x)
PDK-objective	Nikon	Nikon AF Nikkor 50 mm 1:1:8:D	Objetiva para DLP Light Commander, 50 mm
Lente Convexa Plano f = 100 mm	A lente Thorlabs	LA1050 -B	está anexada à lente
objetiva bi-convexa Nikon f = 60  mm	Thorlabs	LB1723 -B	Lente a ser anexada à objetiva Nikon para determinar a transmissão óptica com a cabeça de medição de 30 W
Espelho dourado protegido quadrado	Thorlabs	PFSQ20-03-M01
Cartão sensor IR de alta potência	Newport	F-IRC-HP-M	Cartão sensor para verificar o caminho óptico
2" mira	BAM		Self-made
1" mira	BAM		Self-made
Bullseye nível	Thorlabs	LCL01
Estágio de tradução	Newport	M-UMR8.25	Usado para medir o perfil do feixe
Parafuso micrômetro	Newport	DM17-25	Usado com estágio de tradução M-UMR8.25
Montado Zero Aperture Iris	Thorlabs	ID75Z/M	usado para verificar o óptico Bases
de caminho e suportes de postes Kit de essenciais, componentes métricos e universais	Thorlabs	ESK01/M	Bases
de postes e Acessórios Kit Essentials, Componentes Métricos e Universais	Thorlabs	ESK03/M
M6 Parafuso de Cabeça e Kit de Hardware	Thorlabs	HW-KIT2/M
Trilhos de Construção	Thorlabs	XE25L700/M
1" Cubo de Construção	Thorlabs	RM1G	Usado para montar trilhos de construção
Usinagem por descarga elétrica	Sodick	AG60L	www.sodick.de
Bloco St37 de aço (100 x 100 x 40) mm3	BAM		feito por si mesmo, defeito oculto com espessuras de parede restantes de 0,25  mm, 0,5 mm, 0,70 mm, 1,25  mm (mostrado em Figura 5)
St37 bloco de aço (100 x 100 x 40) mm	BAM		de fabricação própria, defeito oculto com espessuras de parede restantes de 1  mm, 1,5  mm, 1,75 mm, 2 mm (mostrado em Figura 5)
Spray de grafite	CRC Industries Europe NV	GRAPHIT 33	Ref. 20760, aerossol de 200 mL (Kontakt-Chemie)
Fita protetora		Tesa tesakrepp 4348	usada para proteger os defeitos ocultos durante o revestimento